그래핀 물질, GO(Hummers method) RGO 생성방법

- Graphene 물질이 아닌 GO와 RGO를 산업에서 사용하는 이유

- GO 생성

- RGO 생성/환원

 

 Graphene 물질이 아닌 GO와 RGO를 산업에서 사용하는 이유

 

흑연 자체를 층층이 뜯어내면, sp2 탄소로만 구성되어 있는 그래핀은 전기/열역학적으로 불안정해서 스스로 뭉치는 결과를 낳는다.

시간/비용적인 측면에서 완전한 Graphene물질을 만들어내는 방법의 부족

 

 GO 생성

 

GO를 만드는 많이 알려진 방법은 Hummers method이다

 

Graphite(탄소가 뭉쳐있는 물질)을 산화(oxide)시켜 graphene oxide (GO)를 만드는 방법으로,

강력한 산화 반응 중 sp2 네트워크가 부분적으로 깨지면서 sp3 결합으로 바뀌며

많은 히드록시기(hydroxyl group) & 에폭시기(epoxy group)가 나노 그래핀 윗면(basal plane)에 존재하고,

적은 카르복실기(carboxyl group) & 케톤기(ketone group)가 나노 그래핀 끝(edge) 부분에 공유결합으로 결합된다

http://cpb.iphy.ac.cn/article/2016/1857/cpb_25_11_118102/cpb160304f1_hr.jpg.html

• 산소 작용기 덕에 친수성이 되고, 물에 넣고 소니케이트를 치면 뭉쳐있던 GO가 쉽게 박리, 매우 안정한 분산액을 대량으로 얻기 가능.
• 강한 산화/소니케이트 작업으로 결함이 발생할 수 있고, 결함부분에 다른 원자가 들어 앉으며 다양한 촉매 특성을 보여줘.
• But, 산화시키면 안정적인 상태가 되지만 그만큼 그래핀의 물리적 특성이 사라져

 

 RGO 생성/환원

 

그렇기에 일부나마 그래핀의 물리적/화학적 특성을 가져오고자 일부 환원을 시키게 되었고, 그 물질을 reduced graphene oxide(RGO)라고 부른다.

 

산화 그래핀을 환원시키는 방법으로

• 환원제나 높은 열을 처리해주면 산소 작용기들이 제거되고 sp2 구조가 일부 복원되 = RGO
• 히드라진(NH2NH2)을 환원제로 주로 사용

 

RGO 생성 방법

반도체, 디스플레이 증착공정의 종류

증착: 화학반응 or Gas반응 및 이온 등을 이용하여 기판 or Wafer에 피복하는 과정

1. PVD (Physical Vapor Deposition, 물리 기상 증착법): 증착하고자 하는 금속을 진공 속에서 기화시켜 방해물 없이 기판에 증착하는 기법
   1. 열 증발법 (Thermal Evaporation)
      • 진공 Chamber 속 고상 및 액상의 증발 = 사료를 기상으로 증발
      • 증발된 사료는 기판으로 이동하여 응축과정을 거쳐 증착.
      • 열적, 화학적 반응이 적고 공정속도가 빠르고 단순하지만, 증착된 박막 두께의 균일성이 좋지 못하거나, 반응 시 항상 진공상태를 유지해야하므로 대량 생산 시, 고진공상태 유지로 인해 경제성이 떨어진다.
   2. 전자빔 증발법 (E-beam Evaporation)
      • 증발금속을 이온화 하여, 양자 간의 고전압을 이용한 진공증착법
      • 열대신 전자를 이용하여 증착하며, 막밀도가 높은 장점.
   3. 스퍼터링 법 (Sputtering)
      • 높은 에너지를 가진 입자들이 Target(증착재료)에 충돌,
      • Target 원자들을 방출시키면,
      • 방출되어 나온 원자들을 기판에 증착하여 기판을 형성
      • Up/Down/Side Sputtering 중, 보편적으로 Down Sputtering 법 사용.
      • 비교적 낮은 진공압력에서 이온화된 Ar gas를 주입한 뒤, Plasma를 발생시켜 Target에 충돌시켜. 전류를 흐르게 하기 위해 Tartget쪽을 음극, 기판 쪽을 양극으로 둔다.
2. CVD (Chemical Vapor Deposition, 화학 기상 증착법)
   • 주로 gas 반응 및 이온등을 이용하여, wafer나 기판에 피복하여 증착하는 방법
   • 대면적으로 만들면 defect도 굉장히 많고, ripple같이 전자의 흐름을 방해하는 요소도 많다.
3. -COOH, -CO- 등으로 산화된 그래핀인 graphene oxide를 이용
   • 여기에 존재하는 작용기와의 화학 반응으로 새로운 작용기(-NH2, -CONH 등)를 붙이고,
   • 이렇게 functionalize를 하게 되면, 다양한 물질을 붙일 수 있어,
   • 그 물질이 가지는 고유한 기능 이용.
   • 이를 이용해 sensor, … 와 같이 여러 범주에서 응용가능